DIY 4xN LED ovládač: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

LED displeje sú široko používané v systémoch od digitálnych hodín, počítadiel, časovačov, elektronických meračov, základných kalkulačiek a ďalších elektronických zariadení schopných zobrazovať číselné informácie. Obrázok 1 zobrazuje príklad 7-segmentového LED displeja, ktorý môže zobrazovať desatinné čísla a znaky. Pretože každý segment na LED displeji je možné ovládať individuálne, toto ovládanie môže vyžadovať veľa signálov, najmä pre viacčíselné číslice. Tento návod popisuje implementáciu založenú na GreenPAK ™ na riadenie viacerých číslic pomocou 2-vodičového rozhrania I2C z MCU.

Ďalej sme popísali potrebné kroky, aby ste pochopili, ako bol čip GreenPAK naprogramovaný na vytvorenie ovládača LED 4xN. Ak však chcete získať iba výsledok programovania, stiahnite si softvér GreenPAK a zobrazte už dokončený súbor návrhu GreenPAK. Pripojte vývojovú súpravu GreenPAK k počítaču a spustite program, aby ste vytvorili vlastný integrovaný obvod pre ovládač 4xN LED.

Krok 1: Pozadie

LED displeje sú rozdelené do dvoch kategórií: spoločná anóda a spoločná katóda. V konfigurácii so spoločnou anódou sú anódové svorky vnútorne skratované, ako je znázornené na obrázku 2. Na zapnutie diódy LED je spoločná anódová svorka pripojená k napájaciemu napätiu systému VDD a katódové svorky sú pripojené k zemi prostredníctvom odporov obmedzujúcich prúd.

Bežná katódová konfigurácia je podobná bežnej anódovej konfigurácii, okrem toho, že katódové svorky sú navzájom skratované, ako je znázornené na obrázku 3. Na zapnutie LED displeja so spoločnou katódou sú spoločné katódové svorky spojené so zemou a anódové svorky sú zapojené do systému. napájacie napätie VDD cez odpory obmedzujúce prúd.

N-miestny multiplexovaný LED displej je možné získať spojením N jednotlivých 7-segmentových LED displejov. Obrázok 4 zobrazuje príklad LED displeja 4x7 získaný kombináciou 4 samostatných 7segmentových displejov v spoločnej anódovej konfigurácii.

Ako je znázornené na obrázku 4, každá číslica má spoločný anódový kolík / prepojovaciu rovinu, ktorý je možné použiť na individuálne povolenie každej číslice. Katódové kolíky pre každý segment (A, B, … G, DP) by mali byť externe skratované. Na konfiguráciu tohto LED displeja 4x7 potrebuje používateľ iba 12 pinov (4 bežné piny pre každú číslicu a 8 segmentové piny) na ovládanie všetkých 32 segmentov multiplexovaného displeja 4x7.

Dizajn GreenPAK, podrobne popísaný nižšie, ukazuje, ako generovať riadiace signály pre tento LED displej. Tento dizajn je možné rozšíriť na ovládanie až 4 číslic a 16 segmentov. V sekcii Referencie nájdete odkaz na návrhové súbory GreenPAK dostupné na webových stránkach Dialogu.

Krok 2: GreenPAK Design

Dizajn GreenPAK zobrazený na obrázku 5 obsahuje generovanie segmentového aj číslicového signálu v jednom prevedení. Signály segmentov sú generované z ASM a signály výberu číslic sú vytvárané z reťazca DFF. Signály segmentov sú pripojené k kolíkom segmentu cez odpory obmedzujúce prúd, ale signály výberu číslic sú pripojené k spoločným kolíkom displeja.

Krok 3: Generovanie digitálneho signálu

Ako je popísané v časti 4, každá číslica na multiplexnom displeji má samostatnú prepojovaciu rovinu. V GreenPAK sú signály pre každú číslicu generované z vnútorného reťazca DFF poháňaného oscilátorom.

Tieto signály poháňajú bežné kolíky displeja. Obrázok 6 zobrazuje signály výberu číslic.

Kanál 1 (žltý) - kolík 6 (číslica 1)

Kanál 2 (zelený) - kolík 3 (číslica 2)

Kanál 3 (modrý) - kolík 4 (číslica 3)

Kanál 4 (purpurový) - kolík 5 (číslica 4)

Krok 4: Generovanie signálu segmentu

GreenPAK ASM generuje rôzne vzory na riadenie segmentových signálov. Čítač 7,5 ms cykluje cez stavy ASM. Pretože je ASM citlivý na úroveň, tento návrh využíva riadiaci systém, ktorý vylučuje možnosť rýchleho prepínania medzi viacerými stavmi počas vysokej doby 7,5 ms. Táto špecifická implementácia sa spolieha na po sebe idúce stavy ASM riadené obrátenou polaritou hodín. Segmentový aj číslicový signál je generovaný rovnakým 25kHz vnútorným oscilátorom.

Krok 5: Konfigurácia ASM

Obrázok 7 popisuje stavový diagram ASM. Stav 0 sa automaticky prepne do stavu 1. K podobnému prepnutiu dôjde zo stavu 2 do stavu 3, stavu 4 do stavu 5 a stavu 6 do stavu 7. Údaje zo stavu 0, stavu 2, stavu 4 a stavu 6 sú okamžite zaistené pomocou DFF 1, DFF 2 a DFF 7, ako je znázornené na obrázku 5, predtým, ako sa ASM prepne do nasledujúceho stavu. Tieto DFF zachytávajú údaje z párnych stavov ASM, čo umožňuje užívateľovi ovládať rozšírený displej 4x11/4xN (N až 16 segmentov) pomocou ASM spoločnosti GreenPAK.

Každá číslica na displeji 4xN je riadená dvoma stavmi ASM. Stav 0/1, stav 2/3, stav 4/5 a stav 6/7 kontrolujú číslice 1, číslice 2, číslice 3 a číslice 4. Tabuľka 1 popisuje stavy ASM spolu s ich príslušnými adresami RAM na ovládanie každého z nich. číslica.

Každý stav pamäte ASM RAM ukladá jeden bajt údajov. Na konfiguráciu displeja 4x7 sú teda tri segmenty Digit 1 riadené stavom 0 ASM a päť segmentov Digit 1 sú riadené stavom 1 ASM. Výsledkom je, že všetky segmenty každej číslice na LED displeji sú získané zreťazením segmentov z ich zodpovedajúcich dvoch stavov. Tabuľka 2 popisuje umiestnenie každého zo segmentov Digit 1 v pamäti ASM RAM. Podobným spôsobom stavy 2 až 7 ASM zahrnujú umiestnenie segmentov číslic 2 až číslic 4.

Ako je zrejmé z tabuľky 2, segmenty OUT 3 až OUT 7 stavu 0 a OUT 0 až OUT 2 segmenty stavu 1 nie sú použité. Dizajn GreenPAK na obrázku 5 môže ovládať displej 4x11 konfiguráciou segmentov OUT 0 až OUT 2 všetkých nepárnych stavov ASM. Tento dizajn je možné ďalej rozšíriť o ovládanie rozšíreného displeja 4xN (N až 16 segmentov) pomocou viacerých logických buniek DFF a GPIO.

Krok 6: Testovanie

Obrázok 8 zobrazuje testovaciu schému použitú na zobrazenie desatinných čísel na segmentovom LED displeji 4x7. Na komunikáciu I2C s registrami ASM RAM GreenPAK sa používa Arduino Uno. Ďalšie informácie o komunikácii I2C nájdete v [6]. Spoločné anódové kolíky displeja sú pripojené k GPIO pre výber číslic. Segmentové piny sú k ASM pripojené cez odpory obmedzujúce prúd. Dimenzovanie rezistora obmedzujúceho prúd je nepriamo úmerné jasu LED displeja. Užívateľ si môže zvoliť silu odporov obmedzujúcich prúd v závislosti od maximálneho priemerného prúdu GPIO GreenPAK a maximálneho jednosmerného prúdu LED displeja.

Tabuľka 3 popisuje desatinné čísla 0 až 9 v binárnom aj hexadecimálnom formáte, ktoré sa majú zobrazovať na displeji 4x7. 0 znamená, že segment je ZAPNUTÝ a 1 znamená, že segment je VYPNUTÝ. Ako ukazuje tabuľka 3, na zobrazenie čísla na displeji sú potrebné dva bajty. Koreláciou tabuliek 1, 2 a 3 môže užívateľ upraviť registre RAM ASM tak, aby na obrazovke zobrazovali rôzne čísla.

Tabuľka 4 popisuje štruktúru príkazov I2C pre Digit 1 na LED displeji 4x7. Príkazy I2C vyžadujú štartovací bit, riadiaci bajt, adresu slova, dátový bajt a stop bit. Podobné príkazy I2C je možné napísať aj pre číslice 2, číslice 3 a číslice 4.

Napríklad na zápis 1234 na LED displej 4x7 sa zapíšu nasledujúce príkazy I2C.

[0x50 0xD0 0xF9 0xFF]

[0x50 0xD2 0xFC 0xA7]

[0x50 0xD4 0xF8 0xB7]

[0x50 0xD6 0xF9 0x9F]

Opakovaným zápisom všetkých ôsmich bajtov ASM môže užívateľ upravovať zobrazený vzor. Ako príklad je možné uviesť protikód v súbore ZIP poznámky k aplikácii na webovej stránke Dialog.

Závery

Riešenie GreenPAK popísané v tomto návode umožňuje užívateľovi minimalizovať náklady, počet komponentov, miesto na doske a spotrebu energie.

MCU majú väčšinou obmedzený počet GPIO, takže vyloženie GPIO poháňaných LED diódami na malý a lacný integrovaný obvod GreenPAK IC umožňuje užívateľovi uložiť IO pre ďalšie funkcie.

Integrované obvody GreenPAK sa navyše dajú ľahko testovať. RAM ASM je možné upraviť kliknutím na niekoľko tlačidiel v softvéri GreenPAK Designer Software, čo naznačuje flexibilné úpravy dizajnu. Konfiguráciou ASM, ako je popísané v tomto návode, môže užívateľ ovládať štyri N-segmentové LED displeje až po 16 segmentov.